运行中的欠平衡现象及其原因

厌氧消化过程易于出现酸化，即产酸量与用酸量不协调，这种现象称为欠平衡。

欠平衡时可以显示出如下的症状:

（a）消化液挥发性有机酸浓度增高；

（b）沼气中甲烷含量降低；

（c）消化液pH值下降；

（d）沼气产量下降；

（e）有机物去除率下降。

诸症状中最先显示的是挥发性有机酸浓度的增高，故它是一项最有用的监视参数，有助于尽早地察觉欠平衡状态的出现。

厌氧消化作用欠平衡的原因：

•    有机负荷过高；

•    进水pH值过低；

•    碱度过低，缓冲能力差；

•    有毒物质抑制；

•    反应温度急剧波动；

•    池内有溶解氧及氧化剂存在

运行管理中的安全要求

•    很重要的问题是安全问题。

•    沼气中的甲烷比空气轻、非常易燃，空气中甲烷含量为5％-15％时，遇明火即发生爆炸。

•    沼气中含有微量有毒的硫化氢，但低浓度的硫化氢就能被人们所察觉。

•    凡需因出料或检修进入消化池之前，务必以新鲜空气彻底置换池内的消化气体，以确保安全。

厌氧生物处理系统的设计

内容：流程和设备的选择；反应器和构筑物的构造和容积的确定；需热量的计算和搅拌设备的设计等。

污水的化学处理

化学混凝法

一、          混凝原理

v        对象：水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。

v        办法：

v        1、首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，

v        2、再用重力沉降法予以分离。

A:胶体的稳定性

水中的同种胶体微粒带有同号电荷。在静电斥力的作用不易相互聚集，具有一定的稳定性。

v        原因：

（1）胶体在水中作布朗运动

在水分子热运动的撞击下作不规则运动，即布朗运动。这是胶体在水中保持稳定的因素之一。

（2）运动中的胶体带电荷

电泳现象可以说明胶体微粒是带电的。

带正电的微粒：氢氧化铁、氢氧化铝等；

带负电的微粒：碱性条件下的氢氧化铝和蛋白质等。

粘土胶体一般带负电。
无机

铝系

硫酸铝

明矾

聚合氯化铝（PAC）

聚合硫酸铝（PAS）

适宜pH：5.5~8


铁系

三氯化铁

硫酸亚铁

硫酸铁（国内生产少）

聚合硫酸铁

聚合氯化铁

适宜pH：5~11，但腐蚀性强


有机

人工

合成

阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物

国外开始增多，国内尚少


阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）




非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）




两性型：

使用极少


天然

淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等




微生物絮凝剂





影响混凝的因素

•        水温

水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时

1. 混凝剂的水解速度慢，生成的絮凝体细而松，强度小，不易沉淀。

2.水的粘度大，颗粒沉淀速度降低，而且颗粒之间碰撞机会减少，影响絮凝体的结大，进而影响后续的沉淀处理的效果。

克服水温低效果差的措施：

1.用气浮法代替沉淀法作为后续处理

2.投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速。

水的PH值

3、水中杂质的成分性质和浓度

粘土杂质，一般而言，粒径细小而均一者，混凝效果较差，粒径不同者于混凝有利。颗粒浓度过低往往不利于混凝，人工投加粘土或其它混凝剂可提高混凝效果。

当水中有机物过高时，吸附于胶体颗粒上使胶体具有很高的稳定性，这就是所谓有机物对胶体的保护作用，向水中投 CL2 以氧化有机物，破坏其作用，能提高混凝效果。

中和法

天然水的碱度是重碳酸盐(HCO3-)，有一定的缓冲作用。

酸性废水的危害程度比碱性废水要大。

中和法适用的浓度范围::

酸含量小于3％ – 5％或碱含量小于l％ – 3％的低浓度酸性废水与碱性废水常采用中和法处理

•        酸含量大于3％–5％的高浓度含酸废水，常称为废酸液；

•        碱含量大于1％ – 3％的高浓度含碱废水，常称为废碱液。

•        废酸液、废碱液往往要采用特殊的方法回收其中的酸和碱

中和处理(neutralization)适用于废水处理中的下列情况：

a）废水排入受纳水体前，其pH值指标超过排放标准。这时应采用中和处理，以减少对水生生物的影响；

b）工（业废水排入城市下水道系统前，为避免对管道系统造成腐蚀；

（c）废水在排入前进行中和，要比与其它废水混合后的大量废水进行中和经济的多。

（d）化学处理或生物处理之前。对生物处理而言，需将处理系统的pH维持在6.5－8.5范围内，以确保最佳的生物活力。对化学处理而言，也需要在一定的pH范围内才能取得好的处理效果。

酸碱废水的中和处理方法

1）药剂中和法

特点：药剂中和法能处理任何浓度、任何性质的酸性废水，对水质和水量波动适应性强，中和药剂利用率高。

      中和方式：干法中和、湿法中和

•        干法中和是把药剂直接加入到需中和的水中。

特点：

•        设备简单；

•        但反应较慢，而且不易彻底，投药量大(需为理论量的1.4-1.5倍)；

•        当石灰成块状时需要破碎；

•        干法添加时工作条件不好，劳动强度大。

 

     一般用湿法中和，即把药剂配成一定浓度的溶液添加。

中和剂能制成溶液或浆料时，可用投加法 石灰一般要制备成石灰乳添加

实际中常采用分步中和法：

2）过滤中和

中和剂为粒料或块料时，可用过滤法。

定义：

•        过滤中和(filtration neutralization)是指使废水通过具有中和能力的滤料进行中和反应的一种方法。L

适用范围：

•        适用于含酸浓度不大于2–3g/L，并生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。

•        当废水含大量悬浮物、油脂、重金属盐和其他毒物时，不宜采用

升流式膨胀滤池特点：

•    水流由下向上流动，流速高达30–70m/h，再加上生成的CO2气体的作用，使滤料互相碰撞摩擦，表面不断更新，因此中和效果较好。滤料的分布状态是由下向上，粒径逐渐减小。

•    碱性废水的中和处理

•    方法：

•       1.利用酸性废水中和；

•       2.加酸中和；

•       3.利用烟道气进行中和。

•            烟道气成分——CO2和少量SO2和H2S

•            用烟道气中和碱性废水一般在喷淋塔中进行。

•    优点——以废治废，投资省，运行费用低；

•    缺点——出水中的硫化物、耗氧量和色度都会明显增加，还需进一步处理。

•    3 化学沉淀法

•    用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化工和环境工程上则称化学沉淀法。

•    常用的沉淀剂有石灰、氢氧化钠、碳酸钠、硫化氢、碳酸钡等。

•    工艺流程主要步骤

•    化学沉淀剂的配制与投加----沉淀剂与原水混合反应----固液分离

•    4   氧化还原法

•    ----利用溶解于废水中的有毒有害物质，在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它转化为无毒无害的新物质的方法。加氯法、电解法、和置换法

•    电镀废水处理中去除铬酸根和氰根可用氧化还原法。含汞废水亦可用氧化还原法回收汞。有机汞对人体危害严重，知名的水俣病就是甲基汞中毒。有色废水也可用氧化法脱色，如加氯。

•    电解处理法——是指应用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解过程在阳-阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，以实现废水净化的方法。

•    电解法是氧化还原、分解、混凝沉淀综合在一起的处理方法。

•    适用于含油、氰、酚、重金属离子等废水及废水的脱色处理等。常用于处理含铬废水、含银废水、含氰废水和含酚废水等

•    调节的目的是减少和控制废水水质及流量的波动，以便为后续处理提供最佳条件。

•    调节的具体目的

•    （a）适当缓冲有机物的波动以避免生物处理系统中的冲击负荷；

•    （b）适当控制pH值或减小中和需要的化学药剂量；

•    （c）削减进入物理化学处理系统的高峰流量并使加药率能与进水相适应；

•    （d）当工厂不生产时还能保证水处理系统的连续供水；

•    城市污水的深度处理

•    城市污水经传统的二级处理后，污水水质为：

•      BOD5 20-30mg/L ,COD 40-100mg/L ,SS 20-30mg/L ,TN 20-50mg/L ,TP6-10mg/L

•       城市污水深度处理是指对某些特定污染物的去除工艺。

•         采用生物脱氮、除磷可以在二级处理过程中完成

•    三级处理是在二级处理流程之后再增加处理设施来取得良好的水质，全面提高出水水质。

•    当再生水用户对SS、COD、色度、嗅味有特殊要求时，应在二级处理之后增加混凝过滤、生物膜过滤、臭氧氧化、活性炭吸附以至膜分离净化单元。

•    在生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮TKN，当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化为氨氮。

•    脱氮方法

•    脱氮方法有化学法和生物法

•    化学法除氮

•              常用于去除氨氮的方法有吹脱法、折点加氯法和离子交换法。

•          (1)吹脱法  废水的氨氮可以气态吹脱。

•    原理：废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：

•                           NH3 +H2O= NH4+ +OH-

•               pH为10.5～11.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。

•            吹脱过程包括将废水的pH值提高至10.5～11.5，然后曝气。       

•    该过程受温度和空气量的影响较大，温度升高，NH3的脱析效率显著上升。

随温度的降低，为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加。

•    由于用石灰调pH值，在吹脱塔中会发生碳酸钙结垢现象，影响运行。

•    另外，NH3气的释放会造成空气污染，使吹脱塔的气体通过H2SO4溶液以吸收NH3。

•    (2)折点加氯法 

•       在净水工程中，称氯胺为化合余氮，次氯酸为自由性余氯，均有杀菌作用。

•       当向水中投加足够量的氮时，可以将水中的氨氧化为氮(N2)，反应式为

•       优点是通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。

•        为了减少氯的投加量，此法常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。

•    (3)离子交换法

•             常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制，在此不作详述。

•    生物脱氮机理 

•    氨化——好氧条件下,有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解转化为氨态氮。

•    生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和N20气体的过程。包括硝化和反硝化两个反应过程

•    硝化反应——亚硝酸菌和硝酸菌——化能自养型微生物。

•    硝化过程结果——消耗污水的碱度、降低pH值，而使

•                            NH4一N——NO3- ，不能最终脱氮。

•    硝化反应的环境条件：

•    1。适宜温度为20℃～30℃。低于15℃时，反应速度迅速下降，5℃时反应几乎完全停止。

•    2。混合物中有机物含量BOD5=15-20mg/L以下。

•       由于硝化菌是自养菌，若水中BOD5值过高，将有助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。

•    3。污泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。

•    4。硝化需氧量(NOD)最好保持在2mg/L以上。

•    5。保持适宜的pH值7—8。

•      在硝化反应过程中，有H+释放出来，使pH值下降。硝化菌受pH值的影响很敏感，应在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化。1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1 g。

•    二、反硝化反应

NO3-的反硝化过程以NO3-作为电子受体，在兼性异养型菌的作用下被还原。

•    ◆该反应必须具备两个条件：

•      一是污水中应有充足的电子供体，即与氧结合的氢源和异养菌所需的碳源，

•     电子供体——自源或外源〈有机物〉

•     二是厌氧或亏氧条件。

•    反硝化过程结果——产生碱度、pH值升高，而使NH4一N——N2 ，最终脱氮

•    反硝化反应的环境条件：

•    A.碳源

•           当污水中BOD5／TKN>3～5时，可认为碳源充足。

•         碳源按其来源可分为三类：①外加碳源，多采用甲醇；②原水中含有的有机碳；③内源呼吸碳源——细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。

B. 适宜pH值为6．5～7．5。

•           pH值>8或<6时，反硝化速率将迅速下降。

•    C. 温度范围较宽，在5℃～40℃范围内都可以进行。但温度低于15℃时，反硝化速率明显下降。

•    D.溶解氧量。

•          无溶解氧时，硝酸盐还原，但有氧时，合成反硝化菌体内酶系统组分，反硝化菌在厌氧、好氧交替环境，溶解氧＜0.5mg/L.

•    三段生物脱氮工艺（传统活性污泥法脱氮工艺）

•    工艺特点：

•              该工艺是以有机物氧化和氨化、硝化、反硝化三个反应过程为基础建立的。将有机物氧化，硝化及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。使除碳，硝化和反硝化在各自的反应器中进行，并分别控制在适宜的条件下运行，处理效率高。

一段：二级处理曝气池，去除BOD、COD。有机氮——NH3、NH4+ , 出水BOD＜15-20mg/L

二段:硝化反应， NH3、NH4+ ——NO3-。投碱避免pH值下降。

  三段：反硝化反应，采用厌氧、好氧交替运行方式，碳源外加或引原污水。

二段生物脱氮工艺

•     将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺。

工艺特点：

    各段同样有其自己的沉淀及污泥回流系统。

     除碳和硝化作用在一个反应器中进行时，设计的污泥负荷率要低，水力停留时间和泥龄要长，否则，硝化作用要降低。

     在反硝化段仍需要外加碳源来维持反硝化的顺利进行。

Bardenpho生物脱氮工艺  缺氧《好氧回流》反硝化——好氧——缺氧〈内源呼吸碳源进行反硝化〉——好氧

•    工艺特点：

•    ①设立了两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。

•     ②废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。

•    ③最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污 泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。



•    适用：对现有推流式曝气池改造。

缺氧一好氧生物脱氮工艺（A/O法）

前置式反硝化生物脱氮系统，是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。

在反硝化反应中产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度的50％左右。

流程优点：

①该工艺流程简单，无需外加碳源，因而基建费用及运行费用较低，脱氮效率一般在70％左右；

②省碱量。

     反硝化池中，1mg/L硝态氮产生3.75mg/L碱度；消化反应1mg/L氨氮转化为硝酸盐需7.14mg/L碱度。

③硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物进一步去除，提高处理水质。

• 缺点：

         但由于出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。

磷的去除

化学除磷和生物除磷。

一.化学除磷技术

       磷在污水中基本上都是以不同形式的磷酸盐存在，根据物理特性(0.45μm微孔滤膜)可以将污水中的磷酸盐物质分成溶解性的和颗粒性的。



     按化学特性则可以分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称为正磷、聚磷和有机磷。

聚磷可以水解为正磷，大部分溶解性有机磷也

降解为正磷。

• 化学除磷的基本原理

      是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中除去。

      可用于化学除磷的金属盐有3种，钙盐、铁盐和铝盐。

• 特点

     磷的去除率较高，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中不会重新释放磷而造成二次污染，但污泥的产量比较大。